从动态类型信息创建新对象

Question

在 C++ 中，有没有办法查询对象的类型，然后使用该信息动态创建相同类型的新对象？

例如，假设我有一个简单的 3 类层次结构：

class Base
class Foo : public Base
class Bar : public Base

现在假设我给你一个转换为 Base 类型的对象——它实际上是 Foo 类型。 有没有办法查询类型并使用该信息稍后创建 Foo 类型的新对象？

Answer 1

克隆方法

查询类型并让您从该信息构造的语言没有提供任何东西，但是您可以通过各种方式为您的类层次结构提供功能，其中最简单的是使用虚拟方法：

struct Base {
  virtual ~Base();
  virtual std::auto_ptr<Base> clone(/*desired parameters, if any*/) const = 0;
};

这有点不同：克隆当前对象。这通常是您想要的，并允许您将对象作为模板保留，然后您可以根据需要对其进行克隆和修改。

扩展Tronic，您甚至可以将generate 扩展为clone function。

为什么要auto_ptr？因此，您可以使用 new 来分配对象，使所有权的转移显式化，并且调用者毫无疑问 delete 必须解除分配它。例如：

Base& obj = *ptr_to_some_derived;
{ // since you can get a raw pointer, you have not committed to anything
  // except that you might have to type ".release()"
  Base* must_free_me = obj.clone().release();
  delete must_free_me;
}
{ // smart pointer types can automatically work with auto_ptr
  // (of course not all do, you can still use release() for them)
  boost::shared_ptr<Base> p1 (obj.clone());
  auto_ptr<Base>          p2 (obj.clone());
  other_smart_ptr<Base>   p3 (obj.clone().release());
}
{ // automatically clean up temporary clones
  // not needed often, but impossible without returning a smart pointer
  obj.clone()->do_something();
}

对象工厂

如果您希望完全按照您的要求去做并获得一个可以独立于实例使用的工厂：

struct Factory {}; // give this type an ability to make your objects

struct Base {
  virtual ~Base();
  virtual Factory get_factory() const = 0; // implement in each derived class
    // to return a factory that can make the derived class
    // you may want to use a return type of std::auto_ptr<Factory> too, and
    // then use Factory as a base class
};

许多与克隆方法相同的逻辑和功能都可以使用，因为 get_factory 完成了一半的相同角色，而返回类型（及其含义）是唯一的区别。

我还报道过coupletimes 的工厂。您可以调整我的SimpleFactory class，以便您的工厂对象（由 get_factory 返回）持有对全局工厂的引用以及传递给创建的参数（例如，类的注册名称——考虑如何应用 boost::function 和 boost::bind 使其易于使用）。

Answer 2

通过基类创建对象副本的常用方法是添加一个clone方法，它本质上是一个多态的复制构造函数。这个虚函数通常需要在每个派生类中定义，但您可以使用Curiously Recurring Template Pattern 避免一些复制和粘贴：

// Base class has a pure virtual function for cloning
class Shape {
public:
    virtual ~Shape() {} // Polymorphic destructor to allow deletion via Shape*
    virtual Shape* clone() const = 0; // Polymorphic copy constructor
};
// This CRTP class implements clone() for Derived
template <typename Derived> class Shape_CRTP: public Shape {
public:
    Shape* clone() const {
        return new Derived(dynamic_cast<Derived const&>(*this));
    }
};
// Every derived class inherits from Shape_CRTP instead of Shape
// Note: clone() needs not to be defined in each
class Square: public Shape_CRTP<Square> {};
class Circle: public Shape_CRTP<Circle> {};
// Now you can clone shapes:
int main() {
    Shape* s = new Square();
    Shape* s2 = s->clone();
    delete s2;
    delete s;
}

请注意，您可以将相同的 CRTP 类用于每个派生类中相同但需要了解派生类型的任何功能。除了 clone() 之外，还有许多其他用途，例如双重调度。

Answer 3

只有一些 hacky 方法可以做到这一点。

第一个，恕我直言，最丑的是：

Base * newObjectOfSameType( Base * b )
{
  if( dynamic_cast<Foo*>( b ) ) return new Foo;
  if( dynamic_cast<Bar*>( b ) ) return new Bar;
}

请注意，这仅在您启用了 RTTI 并且 Base 包含一些虚拟功能时才有效。

第二个更简洁的版本是在基类中添加一个纯虚拟克隆函数

struct Base { virtual Base* clone() const=0; }
struct Foo : public Base { Foo* clone() const { return new Foo(*this); }
struct Bar : public Base { Bar* clone() const { return new Bar(*this); }

Base * newObjectOfSameType( Base * b )
{
  return b->clone();
}

这样更整洁。

关于这个的一个很酷/有趣的事情是 Foo::clone 返回 Foo*，而 Bar::clone 返回 Bar*。你可能认为这会破坏一些东西，但由于 C++ 的一个称为协变返回类型的特性，一切正常。

不幸的是，协变返回类型不适用于智能指针，因此使用 sharted_ptrs 您的代码将如下所示。

struct Base { virtual shared_ptr<Base> clone() const=0; }
struct Foo : public Base { shared_ptr<Base> clone() const { return shared_ptr<Base>(new Foo(*this) ); }
struct Bar : public Base { shared_ptr<Base> clone() const { return shared_ptr<Base>(new Bar(*this)); }

shared_ptr<Base> newObjectOfSameType( shared_ptr<Base> b )
{
  return b->clone();
}

Answer 4

您可以使用例如typeid查询一个对象的动态类型，但是我不知道有什么方法可以直接从类型信息中实例化一个新对象。

但是，除了上面提到的clone 方法之外，您还可以使用工厂：

#include <typeinfo>
#include <iostream>

class Base
{
public:
    virtual void foo() const
    {
        std::cout << "Base object instantiated." << std::endl;
    }
};


class Derived : public Base
{
public:
    virtual void foo() const
    {
        std::cout << "Derived object instantiated." << std::endl;
    }
};


class Factory
{
public:
    static Base* createFrom( const Base* x )
    {
        if ( typeid(*x) == typeid(Base) )
        {
            return new Base;
        }
        else if ( typeid(*x) == typeid(Derived) )
        {
            return new Derived;
        }
        else
        {
            return 0;
        }
    }
};


int main( int argc, char* argv[] )
{
    Base* X = new Derived;
    if ( X != 0 )
    {
        std::cout << "X says: " << std::endl;
        X->foo();
    }

    Base* Y = Factory::createFrom( X );
    if ( Y != 0 )
    {
        std::cout << "Y says: " << std::endl;
        Y->foo();
    }

    return 0;
}

P.S.：这个代码示例的基本部分当然是Factory::createFrom 方法。 （这可能不是最漂亮的 C++ 代码，因为我的 C++ 已经有点生疏了。工厂方法可能不应该是静态的，再想一想。）

Answer 5

我在我的项目中使用宏来综合这些方法。 我现在只是在研究这种方法，所以我可能错了，但这是我的 IAllocable.hh 代码中对您问题的答案。请注意，我使用的是 GCC 4.8，但我希望 4.7 适合。

#define SYNTHESIZE_I_ALLOCABLE \
    public: \
    auto alloc() -> __typeof__(this) { return new (__typeof__(*this))(); } \
    IAllocable * __IAllocable_alloc() { return new (__typeof__(*this))(); } \
    private:


class IAllocable {
public:
    IAllocable * alloc() {
        return __IAllocable_alloc();
    }
protected:
    virtual IAllocable * __IAllocable_alloc() = 0;
};

用法：

class Usage : public virtual IAllocable {

    SYNTHESIZE_I_ALLOCABLE

public:
    void print() {
        printf("Hello, world!\n");
    }
};

int main() {
    {
        Usage *a = new Usage;
        Usage *b = a->alloc();

        b->print();

        delete a;
        delete b;
    }

    {
        IAllocable *a = new Usage;
        Usage *b = dynamic_cast<Usage *>(a->alloc());

        b->print();

        delete a;
        delete b;
    }
 }

希望对你有帮助。

Answer 6

在C++中，有没有办法查询对象的类型...

是的，使用typeid() 运算符

例如：

// typeid, polymorphic class
 #include <iostream>
 #include <typeinfo>
 #include <exception>
 using namespace std;

 class CBase { virtual void f(){} };
 class CDerived : public CBase {};

 int main () {
   try {
     CBase* a = new CBase;
     CBase* b = new CDerived;
      cout << "a is: " << typeid(a).name() << '\n';
     cout << "b is: " << typeid(b).name() << '\n';
     cout << "*a is: " << typeid(*a).name() << '\n';
     cout << "*b is: " << typeid(*b).name() << '\n';
    } catch (exception& e) { cout << "Exception: " << e.what() << endl; }
    return 0;
  }

输出：

a is: class CBase *
b is: class CBase *
*a is: class CBase
*b is: class CDerived

如果 typeid 计算的类型是一个以取消引用运算符 (*) 开头的指针，并且该指针具有空值，则 typeid 会抛出 bad_typeid 异常

阅读more.....

Answer 7

class Base
{
public:
 virtual ~Base() { }
};

class Foo : public Base
{

};

class Bar : public Base
{

};

template<typename T1, typename T2>
T1* fun(T1* obj)
{
 T2* temp = new T2();
 return temp;
}

int main()
{
  Base* b = new Foo();
  fun<Base,Foo>(b);
}

Answer 8

当有非常多的类派生自同一个基类时，此代码将使您不必在每个类中都包含克隆方法。这是一种更方便的克隆方式，涉及模板和中间子类。如果层次足够浅，这是可行的。

struct PureBase {
    virtual Base* Clone() {
        return nullptr;
    };
};

template<typename T>
struct Base : PureBase {
    virtual Base* Clone() {
        return new T();
    }
};

struct Derived : Base<Derived> {};

int main() {
    PureBase* a = new Derived();
    PureBase* b = a->Clone(); // typeid(*b) == typeid(Derived)
}